[發明專利]一種液氫超導液位計及標定方法

在審

• 申請號: 202011284418.1
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112504386A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 魏金瑩;劉季;曹建;郭嘉翔;王遙;劉斌;劉丙勝;郭永朝
• 申請（專利權）人: 北京航天試驗技術研究所
• 主分類號: G01F23/22
• 分類號: G01F23/22;G01F25/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 溫子云

本發明公開了一種液氫超導液位計及標定方法，能夠提高液位測量精度。液氫超導液位計中，超導絲每隔設定長度串聯一組加熱裝置，加熱裝置加熱范圍布滿超導絲；超導絲兩端通過連接導線連接恒流源，形成閉合回路；超導絲與恒流源之間連接安全柵；電壓測量裝置通過隔絕電流用電壓跟隨器接入所述閉合回路，測量超導絲兩端電壓。加熱裝置的加熱功率設置為使得液氫液面之上為失超溫度，液面之下不高于超導溫度；超導絲垂直置于待測液氫中，恒流源提供臨界電流，電壓測量裝置采集電壓測量值；液位計算模塊根據預存的電壓與超導絲沒入液氫長度之間的對應關系，確定電壓測量值對應的超導絲長度，根據超導絲長度確定液位。

技術領域

本發明涉及低溫液體的液位測量，尤其涉及一種液氫超導液位計及標定方法。

背景技術

隨著超導技術的不斷發展，超導體在工業、交通、能源、國防、醫療、科研等許多領域都有廣泛的前景，應用也日益深入廣泛，效益明顯，其中采用超導技術制造的磁懸浮列車，具有速度快、能耗低的特點；還有超導電磁鐵與傳統電磁鐵相比，具有體積小、能耗低、重量輕的特點，而且容許的電流密度大、磁場強、均勻穩定。

超導技術應用越來越廣泛，目前還應用于低溫液體液位測量，其原理是使用超導材料的零電阻效應，所謂零電阻效應是指：物質在一定溫度下電阻變為零因而具有超乎尋常的導電狀態，這就是超導態，這種物質就是超導材料。測量低溫液體液位時，在容器中安裝垂直的定長超導絲，測量時浸入液體部分從正常態轉變為超導態，其電阻為零；而未浸入部分為正常態，其電阻不為零。這樣隨著液位的變化，定長超導絲浸入部分也在變化，其總電阻及電壓也在變化，此時不同的電壓就對應相應的液位，并由測量系統進行數據采集、A/D變換、數據處理及液位顯示。

目前市場上比較成熟的超導液位計主要用于液氦液位測量，未出現液氫超導液位計，而且目前用于液氦液位測量的超導液位計考慮到超導絲導熱性，其液面以上的超導絲也可能達到臨界溫度而出現零電阻效應，在超導絲頂部設置了加熱裝置，但由于加熱功率不足很難顧及超導絲下部，在低液位仍然出現測量不準確的現象。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種液氫超導液位計及標定方法，能夠提高液位測量精度。

為了解決上述技術問題，本發明是這樣實現的：

一種液氫超導液位計，其特征在于，包括：恒流源、安全柵、連接導線、超導絲、加熱裝置、隔絕電流用電壓跟隨器、電壓測量裝置和液位計算模塊；

超導絲每隔設定長度串聯一組加熱裝置，加熱裝置的加熱范圍覆蓋整個超導絲；超導絲兩端通過連接導線連接恒流源，形成閉合回路；超導絲與恒流源之間連接安全柵；電壓測量裝置通過隔絕電流用電壓跟隨器接入所述閉合回路，測量超導絲兩端電壓。

根據溫度和容器壓力需求確定超導絲材料；加熱裝置的加熱功率設置為使得液氫液面之上為失超溫度，液面之下不高于超導溫度；

超導絲垂直置于待測液氫中，恒流源提供臨界電流Ic，電壓測量裝置采集電壓測量值；液位計算模塊根據預存的電壓與超導絲沒入液氫長度之間的對應關系，確定電壓測量值對應的超導絲長度，根據超導絲長度確定液位。

優選地，所述超導絲為單根超導絲、折疊超導絲或者螺旋結構超導絲。

優選地，所述加熱裝置為電加熱線或線圈。

優選地，所述加熱裝置等間隔串聯在超導絲上。

優選地，所述加熱裝置的加熱功率設置為2～5W。

優選地，超導絲采用二硼化鎂超導絲或鈮三鍺超導絲。

本發明還提供了一種上述液氫超導液位計的標定方法，包括如下步驟：